علوم پایه، فیزیک 179 بازدید

هواپیماهای بدون سرنشین، پهپاد، کوادکوپتر یا کوادروتور انقلابی در صنعت هوانوردی و پرواز ایجاد کرده‌اند. این ماشین‌ها به انسان‌ها کمک می‌کنند تا با روش‌های جدید و عمیق به آسمان بروند. هواپیماهای بدون سرنشین و کوادروتورهای امروزی دارای قابلیت‌های خارق العاده‌ای هستند که پرواز کمترین آن‌ها است. این تجهیزات عالی تصاویر هوایی خیره کننده‌ای را ضبط می‌کنند و همچنین می‌توانند بازی با واقعیت مجازی را انجام دهند. آن‌ها می‌توانند به مکان‌هایی بروند که انسان‌ها قادر به حضور در این مکان‌ها نیستند و این ویژگی آن‌ها را بیشتر از حد تصور مفید ساخته است. چگونگی توسعه این دستگاه‌ها در طول دهه‌ها جذاب است و از ویژگی‌های آیرودینامیکی آن‌ها سرچشمه می‌گیرد. در این مطلب به شناخت و مطالعه کوادروتورها می‌پردازیم.

فهرست مطالب این نوشته پنهان کردن

هواپیمای بدون سرنشین یا کوادروتور چیست؟

هواپیماهای بدون سرنشین متعلق به دسته‌ای از وسایل نقلیه هوایی هستند که به وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپادها) معروف هستند. این وسایل نقلیه می‌توانند بدون خلبان به هوا رفته و پرواز کنند.

اساساً این ویژگی سبب می‌شود تا هواپیماهای بدون سرنشین شبیه به ربات‌هایی شوند که پرواز می‌کنند. هر دو گروه هواپیماها و کوادروتورها شامل برنامه‌های پرواز با نرم افزار کنترل شده در سیستم‌های خود هستند. این سیستم‌ها برای راهنمایی و ردیابی حرکات دستگاه از فناوری موقعیت یابی جهانی یا GPS استفاده می‌کنند.

پهپاد حمل بار
تصویر 1: نمونه‌ای از پهپاد که برای حمل بار استفاده می‌شود.

کوادروتور یا کوادکوپترها نوع جدیدتری از پهپادها هستند. همانطور که از نام آن‌ها پیدا است این روتور کرافت‌ها (وسیله‌ای که با چرخش تیغه‌های روتور بلند می‌شود) برای پرواز کردن به چهار روتور چرخشی سریع وابسته هستند. از این چهار روتور دو تا در جهت عقربه‌های ساعت و دو تای دیگر در جهت خلاف عقربه‌های ساعت می‌چرخند.

در حقیقت دو جفت پروانه‌ یکنواخت و پیچ ثابت به روند پرواز کمک می‌کنند. خلبانان با استفاده از فرستنده‌های کنترل از راه دور مدیریت و کنترل تغییر سرعت دیسک‌های روتور را در دست می‌گیرند.

پهپاد و پهباد چه تفاوتی دارند؟

دسته هواپیماها و وسایل نقلیه بدون سرنشین را پهپاد می‌گویند. در این میان کلمه‌ای تحت عنوان پهباد نیز در عموم جامعه رایج شده که صحیح نیست و پهپاد صحیح است.

انواع هواپیماهای بدون سرنشین

گرچه مولتی روتورها بیشترین توجه را در دنیای هواپیماهای بدون سرنشین دارند، اما تنها گزینه نیستند. اگر قصد انجام نقشه برداری هوایی را دارید باید از یک هواپیمای بال ثابت استفاده کنید و همچنین هلیس‌های تک روتور نیز برای برخی از کاربردهای خاص یک راه حل عالی است. در اینجا خلاصه‌ای از چهار نوع اصلی سیستم‌های عامل هواپیماهای بدون سرنشین و نقاط قوت و ضعف هرکدام را ارائه می‌دهیم.

مدل مولتی روتور

اگر می‌خواهید برای مدت کوتاهی دوربین کوچکی در هوا داشته باشید، استفاده از مولتی روتورها پیشنهاد می‌شود. آن‌ها ساده‌ترین و ارزان‌ترین گزینه برای داشتن چشم در آسمان هستند و از آنجا که به شما کنترل بسیار خوبی بر موقعیت و قاب یا فریم می‌دهند، برای کارهای عکاسی هوایی بسیار مناسب هستند.

مولتی روتور
تصویر 2: مولتی روتور

نقطه ضعف مولتی روتورها مقاومت و سرعت محدود آن‌ها است و به همین دلیل آن‌ها را برای نقشه برداری هوایی در مقیاس بزرگ، نظارت طولانی و بازرسی از راه دور برای خطوط لوله، جاده‌ها و خطوط برق نامناسب می‌کند.

اگرچه این فناوری همیشه در حال پیشرفت است اما مولتی روتورها اساساً بسیار ناکارآمد هستند و فقط برای مبارزه با جاذبه و نگه داشتن آن‌ها در هوا به انرژی زیادی احتیاج است. با استفاده از فناوری باتری‌های فعلی، هنگام حمل محموله کم وزن مانند دوربین، مدت پرواز آن‌ها به حدود 20 تا 30 دقیقه محدود می‌شود.

مولتی روتورها قادر به بلند کردن اجسام سنگین‌تری نیز هستند اما در این صورت مدت زمان پرواز آ‌ن‌ها بسیار کاهش می‌یابد. با توجه به نیاز به تغییرات سریع و با دقت بالا در تنگناها برای ثابت نگه داشتن آن‌ها، استفاده از موتور گازی برای تأمین انرژی مولتی روتورها عملی نیست، بنابراین این ماشین‌ها محدود به استفاده از موتورهای الکتریکی هستند. بنابراین تا زمانی که منبع تغذیه جدیدی به بازار عرضه نشود این ماشین‌ها در زمان پرواز دستاوردهای بسیار کم و کوتاهی دارند.

مدل بال ثابت

هواپیماهای بدون سرنشین بال ثابت (در مقابل بال چرخان یعنی بالگردها) از بال مانند هواپیمای معمولی استفاده می‌کنند تا نیروی بالابری را فراهم کنند. به همین دلیل این نوع ماشین‌ها فقط به استفاده از انرژی برای حرکت به جلو نیاز دارند نه اینکه بخواهند با آن انرژی خود را در هوا نگه دارند و به همین دلیل بسیار کارآمدتر هستند.

این ماشین‌ها می‌توانند مسافت بیشتری را طی کنند، مناطق بسیار بزرگ‌تر را نقشه برداری کنند و برای مدت طولانی نظارت بر نقطه مورد نظر خود را انجام دهند. علاوه بر بهره وری بیشتر در این ماشین‌ها استفاده از موتورهای گازی به عنوان منبع تغذیه نیز امکان پذیر است و با تراکم انرژی بیشتر سوخت، بسیاری از پهپادهای بال ثابت می‌توانند 16 ساعت یا بیشتر در ارتفاع بمانند.

نقطه ضعف اصلی پهپادهای بال ثابت بدیهی است و آن ناتوانی آن‌ها در حرکت و ایستادن بر فراز یک نقطه است و این امر آن‌ها را برای هرگونه کار عکاسی هوایی عمومی منتفی می‌کند. این امر باعث می‌شود که پرواز و فرود آن‌ها بسیار پیچیده‌تر شود، زیرا بسته به اندازه آن‌ها برای فرود و پرواز آن‌ها به یک فضای مناسب نیاز است که باز باشد و بال‌های این ماشین به دیواره‌ها برخورد نکند.

نکته منفی دیگر این ماشین‌ها هزینه‌های بالای آن‌ها است و اینکه یادگیری و کنترل هواپیماهای بدون سرنشین بال ثابت بسیار دشوار است. در حقیقت یکی از دلایل اینکه کاربرد و استفاده از ماشین‌های مولتی روتور گسترش یافت این بود که شروع کار با این ماشین‌ها بسیار آسان است. هرکسی می‌تواند یک کوادکوپتر ارزان بخرد و آن را در حیاط خانه‌اش به پرواز درآورد و این در حالی است که این موضوع در مورد هواپیماهای بدون سرنشین بال ثابت صادق نیست. در واقع اولین باری که هواپیمای بال ثابت خود را بلند می‌کنید باید از توانایی خود اطمینان داشته باشید تا از زمان پرتاب و در طول پرواز آن را کنترل کرده و دوباره آن را با یک فرود نرم به زمین برگردانید.

شما فرصتی برای بلند کردن آن و تعلل کردن ندارید. یک هواپیمای بدون سرنشین بال ثابت همیشه در حال حرکت به جلو است و آن‌ها خیلی سریع‌تر از یک مولتی‌روتور حرکت می‌کنند. یکی دیگر از مواردی که در مورد کارکرد هواپیماهای بدون سرنشین با بال ثابت وجود دارد این است که اطلاعات بیشتر به شکل داده‌ است، نه فقط عکس‌های زیبا. با یک پرواز توسط ماشین‌های مولتی روتوری، وقتی پرواز تمام می‌شود کار شما نیز کاملاً تمام می‌شود و شما فقط باید تصاویر را تحویل دهید.

با استفاده از یک ماشین بال ثابت پرواز فقط آغاز کار است، شما تصاویر را گرفته‌اید اما هنوز اطلاعاتی نیستند که مشتری‌ها به دنبال آن هستند. تصاویر از طریق پردازش مرحله اول تغذیه می‌شوند تا صدها (یا هزاران) تصویر جداگانه را به یک تصویر بزرگ تبدیل کنند، اما بعد از انجام تجزیه و تحلیل داده‌ها کارهای زیادی مانند محاسبات مربوط به حجم ذخیره، شمارش درخت‌ها، همپوشانی سایر داده‌ها روی نقشه‌ها و غیره را می‌توان بر روی آن چه به دست آمده انجام داد.

سرانجام یک چالش بزرگ در هنگام کار با هواپیماهای بدون سرنشین بال ثابت عقاب‌های دم گوه‌ای هستند. آن‌ها را در شهر پیدا نخواهید کرد و اغلب به یک پرنده مولتی روتوری که مدت زمان کمی در آسمان است حمله نمی‌کنند، اما برای یک هواپیمای بال ثابت که مسافت زیادی طی می‌کند و از شهر خارج می‌شود و در ارتفاع 100 متر قرار می‌گیرد، این پرندگان عظیم تهدید کننده هستند. بسیاری از افرادی که هواپیماهای بدون سرنشین بال ثابت جدید خود را پرواز داده‌اند توسط این پرندگان شکاری شگفت انگیز اما فوق العاده تهاجمی در آسمان مورد حمله قرار گرفته‌اند. در نتیجه در هنگام کار با پرنده بال ثابت خود بسیار مراقب بوده و آماده انجام مانورها و حرکت‌های اجتناب ناپذیر و بسیار سریع باشید.

هواپیمای بال ثابت
تصویر 3: هواپیمای بدون سرنشین بال ثابت

برای آشنایی بیشتر با مدل سازی و کنترل وضعیت فضاپیما، می‌توانید فیلم آموزش مدل سازی و کنترل وضعیت فضاپیما با نرم افزار MATLAB را مشاهده کنید که توسط فرادرس ارائه شده، لینک این آموزش در ادامه آورده شده است.

  • برای دیدن فیلم آموزش مدل سازی و کنترل وضعیت فضاپیما با نرم افزار MATLAB + اینجا کلیک کنید.

هلیکوپتر تک روتور

در حالی که یک مولتی روتور دارای روتورهای مختلفی است که می‌تواند آن را بالا نگه دارد، یک تک روتور همانگونه که از نامش پیدا است تنها یک روتور دارد، همچنین در این مدل یک روتور دیگر نیز در انتهای دم‌ پرنده قرار دارد که برای کنترل هدینگ آن است. هلیکوپترها در میان هواپیماهای سرنشین دار بسیار محبوب هستند اما در حال حاضر جای کوچکی در جهان هواپیماهای بدون سرنشین را پر می‌کنند.

یک هلیکوپتر تک روتور بهره‌وری بسیار بیشتری نسبت به مولتی روتور دارد و همچنین برای تامین نیروی آن‌ها می‌توان از موتور گازی استفاده کرد که کارایی بیشتری دارند.

این یک قاعده کلی آیرودینامیکی است که هرچه تیغه روتور بزرگتر باشد و سرعت آن کمتر شود، کارآیی آن بیشتر است. به همین دلیل است که کوادکوپتر کارآمدتر از اکتوکوپتر است و کوادهای ویژه با دوام طولانی دارای قطر پایه بزرگ هستند. یک هلی تک روتور تیغه‌های بسیار بلندی دارد که بیشتر شبیه یک بال در حال چرخش است تا یک پروانه و کارایی بالایی دارد. منظور از کارایی در اینجا مدت زمان پرواز است.

اگر شما نیاز دارید که با یک محموله سنگین (مثلا اسکنر لیزری هوایی LIDAR) در آسمان باشید یا پروازی با مدت زمان طولانی یا پرواز سریع رو به جلو داشته باشید، یک هلی تک روتور بهترین انتخاب برای شما است.

نکات منفی این ماشین‌ها پیچیدگی، هزینه، لرزش و همچنین خطر پره‌های بزرگ در حال چرخش است. در صورت قرار گرفتن در مقابل تیغه‌های تیز و بلند هلی، این تیغه‌ها می‌توانند آسیب جدی به شما وارد کنند و تعداد زیادی کشته از هلی‌کوپترهای سرگرمی و هواپیماهای بدون سرنشین RC به همین دلیل رخ داده است.

هلی‌کوپتر تک روتور
تصویر 4: هلی تک روتور

از نظر دشواری، هواپیماهای بدون سرنشین هلی تک روتور جایی بین هواپیماهای مولتی روتور و بال ثابت دارند. از یک طرف آن‌ها می‌توانند در یک نقطه به صورت ثابت قرار گیرند و بنابراین به پرواز درآوردن آن‌ها و شروع کار با آن‌ها نسبتاً آسان است، اما از طرف دیگر در صورت فرود بد آنقدرها پایدار و محکم نیستند و می‌توانند به راحتی آسیب ببینند. همچنین این مدل به دلیل پیچیدگی‌های مکانیکی به نگهداری و تعمیرات زیادی نیاز دارند.

مدل هیبرید بال ثابت با فرود و پرواز عمودی (VTOL)

ادغام مزایای پهپادهای بال ثابت با قابلیت پرواز و ایستادن در یک نقطه ثابت در آسمان، سبب تولید دسته جدیدی از هیبریدها شده که می‌تواند به صورت عمودی بلند شود و فرود آید.

انواع مختلفی از این مدل در دست ساخت است که برخی از آن‌ها همان طرح‌های موجود در مدل بال ثابت با موتورهای بالابر عمودی هستند. برخی دیگر هواپیماهای دنباله نشین هستند که مانند هواپیمای معمولی به نظر می‌رسند اما روی دم خود بر روی زمین قرار می‌گیرند، و دسته دیگر مدل روتور متمایل که در این مدل روتور یا کل بال‌ها با پروانه‌های متصل شده به آن‌ها می‌توانند برای بلند شدن از کناره‌ها به سمت بالا و به سمت افقی به جلو چرخش کنند.

پرنده هیبرید بال ثابت
تصویر 5: پرنده هیبرید بال ثابت

بسیاری از این پیکربندی‎‌ها در دهه‌های 1950 و 60 برای هواپیماهای سرنشین دار امتحان شده است اما پرواز آن‌ها بسیار پیچیده و دشوار بوده و نتایج فاجعه باری نیز به بار آورده است. با ورود خلبانان اتوماتیک امروزی، ژیروسکوپ‌ها و شتاب سنج‌ها استفاده از این مدل‌های مبهم و عجیب نیز امکان پذیر شده است، زیرا خلبان اتوماتیک می‌تواند تمام کارهای سخت را برای پایدار نگه داشتن آن‌ها انجام دهد و خلبان زمینی و انسان کار ساده‌تری را برای هدایت آن‌ها به دور آسمان در پیش رو دارد.

در حال حاضر تعداد انگشت شماری از هواپیماهای بال ثابت هیبریدی در بازار موجود است اما می‌توانید انتظار داشته باشید که در سال‌های آینده و با تکمیل این فناوری، این گزینه بسیار محبوب‌تر باشد.

جدول نقاط مثبت و منفی پهپادهای مختلف

مدل نقاط مثبت و منفی کاربرد قیمت
مولتی روتور
  • دسترسی و استفاده آسان
  • فرود و پرواز عمودی
  • ثابت شدن در آسمان در نقطه ثابت
  • کنترل خوب دوربین
  • پرواز در مناطق دشوار و محدود

 

  • مدت زمان پرواز کوتاه
  • ظرفیت حمل بار محدود
عکسبرداری و نظارت هوایی 5 تا 65 هزار دلار برای هواپیماهای بدون سرنشین حرفه‌ای
بال ثابت
  • مدت زمان پرواز طولانی
  • پوشش منطقه‌ای زیاد
  • سرعت بالای پرواز

 

  • فرود و پرواز نیازمند فضای بزرگی است.
  • فرود و پرواز عمودی ندارد و در یک نقطه ثابت در آسمان قرار نمی‌گیرد.
  • کنترل و هدایت آن سخت است.
  • گران بودن
نقشه برداری هوایی، نظارت و بازرسی خط لوله و خط برق 25 تا 120 هزار دلار برای هواپیماهای بدون سرنشین حرفه‌ای
تک روتور 
  • پرواز و فرود عمودی و ثابت شدن در یک نقطه در آسمان
  • مدت زمان پرواز طولانی با موتورهای گازی
  • توانایی حمل بارهای سنگین

 

  • خطرات جانی
  • سخت بودن هدایت و کنترل
  • گران بودن
اسکن لیزری هوایی LIDAR 25 تا 300 هزار دلار برای هواپیماهای بدون سرنشین حرفه‌ای
بال ثابت هیبرید
  • فرود و پرواز عمودی و مدت پرواز طولانی

 

  • در هیچ یک از عملکردهای ثابت ماندن در یک نقطه در آسمان و پرواز به جلو کامل و عالی نیست.
  • هنوز در حال توسعه است.
تحویل و حمل هواپیماهای بدون سرنشین در حال توسعه

تاریخچه وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین

هواپیماهای بدون سرنشین و کوادروتورها دارای تاریخچه غنی هستند. پیشرفت این وسایل نقلیه با کمک فناوری و مهندسی پیشرفته رایانه‌ای به روش‌های خیره کننده‌ای بهبود یافته است. در ادامه به بهانه بررسی تاریخچه هواپیماهای بدون سرنشین برخی سوالات اساسی در این زمینه را بررسی می‌کنیم.

اولین کوادروتورهای ساخته شده
تصویر 6: از اولین کوادروتورهای ساخته شده

چرا پهپادها ساخته شدند؟

نظامیان در کشورهای مختلف ابتدا از هواپیماهای بدون سرنشین برای جنگ استفاده می‌کردند. ارتش اتریش ابتدا این وسایل را برای اهداف جنگی تولید کرد. در سال 1849 اتریشی‌ها ابتدا با بالن‌های بدون سرنشین پر از مواد منفجره به ونیز، در ایتالیا حمله کردند. برخی از این بالن‌ها موثر عمل کردند در حالی که باد بالن‌های دیگر را به خاک اتریش بازگرداند. اگرچه از نظر تکنولوژیکی این بالن‌ها به پای پهپادهای امروزی نمی‌رسند اما آن‌ها پتانسیل لازم برای انجام این کار را نشان دادند.

هواپیماهای فاقد خلبان پس از جنگ جهانی اول ظاهر شدند. «هواپیمای اتوماتیک هویت اسپری» (Hewitt Sperry Automated Airplane) ساخته شده و توسعه یافته توسط «المر اسپری» (Elmer Sperry) از شرکت ژیروسکوپ اسپری، نسخه اولیه اژدر هوایی امروزی بود.

پس از آن ارتش آمریکا هواپیماهای استاندارد E-1 را به هواپیماهای بدون سرنشین تبدیل کرد. یکی از این هواپیماها «لارنکس» (Larynx)، یک هواپیمای کوچک بود که پس از پرتاب از ناو جنگی می‌توانست با خلبان خودکار پرواز کند. بدین ترتیب بود که هواپیماهای خودکار دیگری که توسط ارتش آمریکا و انگلیس ساخته شده بودند پس از لارنکس رونمایی شدند.

اولین هواپیمای تولید انبوه محصول «رجینالد دنی» (Reginald Denny) بود. او که یک بازیگر موفق هالیوود بود علاقه خود را به هواپیماهای بدون سرنشین با کنترل از راه دور دنبال کرد و صنایع رجینالد دنی را تاسیس کرد. این شرکت هواپیمای رادیویی تولید کرد و این نوع هواپیماها را در جنگ جهانی 2 برای ارتش آمریکا تقویت کرد.

ارتش آمریکا با این هواپیماهای بدون سرنشین، کنترل از راه دور را آزمایش کرد و انواع اژدرهای هوایی را ساخت. آن‌ها از هواپیماهای بدون سرنشین به عنوان هدف در طول جنگ سرد استفاده کردند. این هواپیماهای بدون سرنشین قادر به جمع آوری داده‌های فعال رادیویی نیز بودند.

کوادروتورهای اول

کوادکوپترها از اولین وسایل نقلیه فرود و پرواز عمودی (VTOL) بودند. هلی‌کوپترهای قبلی از روتورهای دم برای توازن گشتاور یا نیروی چرخشی تولید شده توسط یک روتور اصلی استفاده می‌کردند. اما این محصولات ضعیف و ناکارآمد بودند.

مهندسان برای حل مشکلاتی که خلبانان هلیکوپتر با انجام پروازهای عمودی داشتند کوادروتورها را توسعه دادند. اولین کوادروتور اومنیچن 2 بود که در سال 1920 توسط «اتین اومنیچن» (Etienne Omnichen) اختراع شد.

هلی کوپتر هلیکوپتر De Bothezat
تصویر 7: هلی کوپتر هلیکوپتر De Bothezat سال 1923

این ماشین 1000 پرواز موفقیت آمیز را انجام داد و رکورد مسافت ثبت شده 360 متر (1181.1 فوت) را ثبت کرد.

پس از آن کوادکوپتر کانورتاوینگز مدل A که توسط دکتر «جورج ای بوتزات» (George E Bothezat) طراحی شده بود در سال 1956 رونمایی شد. این کوادروتور اولین وسیله‌ای بود که برای کنترل چرخش و پیچ و خم یک هواپیما از پیشرانه یا رانش رو به جلو استفاده می‌کرد. بعد از آن و در سال 1958 از «کورتیس رایت وی 27» (Curtis Wright V27) که توسط شرکت کورتیس رایت طراحی شده بود، رونمایی شد.

تحولات و پیشرفت‌های کوادروتورها

تکنولوژی سبب پیشرفت کوادکوپترها به صورت چشمگیری شده است. در دهه گذشته شرکت‌هایی مانند «بلید» (Blade)، «والکرا» (Walkera)، «پروت» (Parrot)، «دی جی اینویشنز» (DJ Innovations) و «هلی مکس» (Heli-Max) مینی کوادکوپترهایی را به بازار عرضه کرده‌اند که از فناوری پیشرفته رایانه‌ای برای کنترل پرواز و عکسبرداری هوایی استفاده می‌کنند.

تفاوت بین کوادروتور و کوادکوپتر چیست؟

در حقیقت بین کوادکوپتر و کوادروتور هیچ تفاوتی وجود ندارد و هر دو به یک ماشین اشاره می‌کنند. کوادکوپتر اصطلاح خاص‌تری است و به پهپادی گفته می‌شود که توسط چهار روتور کنترل می‌شود و به آن هلی کوپتر کوادروتور یا کوادروتور نیز گفته می‌شود. روتورهای کوادکوپتر هر کدام از یک موتور و یک پروانه تشکیل شده‌اند. به علاوه این پهپادها همیشه به جای اینکه توسط یک رایانه پردازنده از قبل برنامه ریزی شده کنترل شوند از راه دور کنترل می‌شوند. کوادکوپترها شبیه هلی‌کوپتر هستند اما تعادل خود را با حرکت پره‌ها و نه با استفاده از روتور دم حفظ می‌کنند.

کوادروتور یا کوادکوپتر چگونه کار می‌کند؟

با کنترل سرعت روتورها، کوادروتور می‌تواند دو نیروی رانش و گشتاور را کنترل کند. رانش یک نیروی جهت دار است. چرخش‌تیغه های روتور باعث ایجاد یک رانش رو به پایین می‌شود و باعث می‌شود کوادروتور به سمت بالا حرکت کند.

گشتاور یک نیروی چرخشی است. چرخش پره‌ها باعث چرخش کل کوادروتور می‌شود. برای جلوگیری از این رویداد دو روتور در جهت عقربه‌های ساعت و دو روتور در خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخند. این کار سبب می‌شود تا نیروی گشتاور تعادل داشته و مانع چرخش کل کوادروتور در جهت عقربه‌های ساعت یا خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌شود.

ساختار کوادروتور
تصویر 8: برای گردش ساعتگرد، باید روتورهای 1 و 3 سریعتر بچرخند.

چهار روتور کنترل شده مستقل از هم می‌توانند با تغییر سرعت چرخش خود، میزان انحراف هواپیمای بدون سرنشین را تنظیم کرده، یا چرخش کنند (مانند صفحه گردان موسیقی)، و شیب یا زاویه را به سمت بالا یا پایین (مانند تکان دادن سر به سمت بالا و پایین) تنظیم کنند.

برای اینکه کل کوادروتور خلاف جهت عقربه‌های ساعت یا خلاف عقربه‌های ساعت انحراف داشته باشد، یک جفت روتور باید مخالف و سریع‌تر از جفت دیگر بچرخند. این امر باعث می‌شود که گشتاور هم در جهت عقربه‌های ساعت و هم در خلاف جهت عقربه‌های ساعت قوی‌تر شود که به نوبه خود باعث چرخش کل کوادروتور می‌شود.

در مقابل برای بالا و پایین بردن کوادروتور فقط کافی است که یک روتور سریع‌تر از سه روتور دیگر بچرخد و این امر باعث می‌شود تا قسمتی که دارای روتور سریع‌تر است به سمت بالا حرکت کند و سمت مقابل پایین بیاید. در نتیجه کل کوادروتور در جهت مخالف سمت روتور با سرعت بیشتر حرکت می‌کند.

ساختار کوادروتور
تصویر 9: برای شیب دادن به کوادروتور لازم است که روتور 3 سریعتر از بقیه بچرخد و در نتیجه کوادروتور به سمت پایین متمایل می‌شود.

اگرچه عملکرد کوادروتور ممکن است کمی پیچیده به نظر برسد اما در واقع از نظر مکانیکی و از نظر جابجایی بسیار ساده‌تر از هلی‌کوپتر است. هلیکوپترها فقط دو روتور دارند یک روتور افقی بزرگ در بالا و یک روتور عمودی کوچک که روی دم نصب شده است. اگرچه هلی‌کوپترها هم به کنترل توسط رانش و گشتاور وابسته هستند اما همکاری هر دو روتور بسیار پیچیده است تا به کمک آن بتوان هلی‌کوپتر را منحرف کرد و به همان شکلی که خلبان آن می‌خواهد حرکت داد.

این پیچیدگی همچنین بدین معنی است که هلی‌کوپترها با فرسودگی و آسیب دیدگی بیشتر ماشین آلات و قطعاتشان رو به رو هستند و نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتری دارند. به علاوه هلی‌کوپترها نمی‌توانند به راحتی کوادروتور مانور دهند و نمایش اجرا کنند و این موضوع باعث می‌شود که استفاده از آن‌ها در مناطق تنگ و باریک غیرممکن باشد و حتی ساخت و نگهداری آن‌ها گران است.

امروزه با استفاده از مواد سخت، ارزان و سبک مانند فیبر کربن و باتری‌های سبک‌تر و قدرتمندتر کوادروتورها را می‌توان توسط علاقه مندان در سراسر جهان ساخت یا خریداری کرد. با پیشرفت بیشتر فناوری کوادروتور، فرصت بیشتری برای دانش آموزان فراهم می‌شود تا با مطالعه علوم کامپیوتر، مهندسی برق و مهندسی مکانیک طراحی خود را بهبود بخشند. ممکن است طولی نکشد که پیتزایی که برای تحویل سفارش می‌دهید به لطف کار دانشجویی پشت کوادروتور به دست شما برسد.

تفاوت بین کوادکوپتر، هگزاکوپتر و اکتوکوپتر

به صورت کلی به گروه مدل‌های هواپیمای بدون سرنشین «مدل‌های پهپاد» (drone models) می‌گویند. در این بخش به بررسی تفاوت‌های سه مدل کواد، اکتو و هگزاکوپتر می‌پردازیم.

انواع مولتی روتورها
تصویر 10: انواع مولتی روتورها

کوادکوپتر چیست؟

کوادکوپتر از چهار بازوی دارای پروانه‌های موتور دار در راس برای پرواز استفاده می‌کند. بنابراین اساساً شما می‌توانید یک هلی‌کوپتر را تصور کنید که به جای یک پروانه، دارای چهار پروانه است. در حالی که هلی‌کوپترها برای ثبات نیاز به استفاده از روتور کوچکتر در دم دارند کوادکوپترها این نیاز را ندارند. آن‌ها می‌توانند با کمک چهار پروانه خود پرواز کرده و در جای خود قرار بگیرند.

کوادکوپترها برای علاقه‌مندان به هواپیماهای بدون سرنشین که به دنبال استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین برای تفریح ​​هستند یک گزینه مناسب است. مونتاژ و ساخت کوادکوپتر آسان است و حتی در دست آماتورها نیز با ثبات زیادی پرواز می‌کند. همچنین اغلب کاربران دوربین‌ها، تلفن‌های ویدئویی، واکی تاکی و سایر دستگاه‌های الکترونیکی را به بدنه کوادکوپتر متصل می‌کنند.

کوادکوپتر
تصویر 11: کوادکوپتر

کوادکوپتر نسخه قدرتمندتری از طرح قدیمی هلی‌کوپتر است و به همین دلیل می‌تواند وزنه‌های سنگین‌تری را نسبت به هلی‌کوپتر با اندازه مشابه حمل کند.

ارتش و نیروهای نظامی به طور گسترده‌ای از کوادکوپترها برای انتقال ابزار و ملزومات سبک در مناطق خطرناک استفاده می‌کنند. توانایی کوادروتورها در ثابت ماندن در یک نقطه و همچنین پرواز به آن‌ها قدرت مانور زیادی را در هوا می‌دهد.

هگزاکوپتر چیست؟

در حالی که کوادکوپتر چهار پروانه دارد، هگزاکوپتر شش پروانه دارد. این پروانه‌ها به صورت دایره‌ای در اطراف بدنه اصلی هگزاکوپتر قرار گرفته‌اند. یک قسمت در پایین این دستگاه که شبیه به پایه است این امکان را به دستگاه می‌دهد تا به صورت متعادل و پایدار بر روی زمین بنشیند. هگزاکوپتر به دلیل داشتن شش پروانه نسبت به کوادکوپتر یک ورژن و مدل قدرتمندتر است و همچنین توانایی حمل بارهای سنگین‌تری را دارد.

هگزاکوپتر
تصویر 12: هگزاکوپتر

هگزاکوپتر به دلیل داشتن شش ملخ دارای مزیت‌های قابل توجهی است. به عنوان مثال حتی اگر یکی از این شش ملخ خراب شود پنج ملخ دیگر می‌توانند دستگاه را در هوا و در پرواز نگه دارند. این موضوع بدان معنا است که خرابی موتور در یکی از ملخ‌ها به معنای سقوط هواپیمای بدون سرنشین و آسیب رساندن به تجهیزات متصل به آن نیست. همچنین اگر دو پروانه خراب شود، دستگاه قادر به پرواز نیست اما به اندازه کافی پایدار می‌ماند تا بتواند به سلامت به زمین برسد.

یک هگزاکوپتر می‌تواند به ارتفاعات بالاتری نسبت به کوادکوپتر برسد و همچنین سریع‌تر حرکت می‌کند. از آنجا که هگزاکوپترها گران‌تر هستند معمولاً برای حمل محموله‌های گرانبها‌تر که در تصادفات ممکن است از بین بروند، استفاده می‌شود. همچنین این نوع هواپیماهای بدون سرنشین بسیار بزرگتر از کوادکوپتر هستند و مونتاژ و نگهداری آن‌ها دشوارتر است.

اکتوکوپتر چیست؟

همان طور که از نامش پیدا است این طراحی به هواپیمای بدون سرنشینی اختصاص دارد که دارای هشت پروانه هستند. طبیعتاً این ماشین بسیار قدرتمندتر از کوادکوپتر یا هگزاکوپتر است. این ماشین می‌تواند در ارتفاع بالاتری پرواز کند، سریع‌تر حرکت کند و محموله‌های سنگین‌تری را نسبت به سایر هواپیماهای بدون سرنشین حمل کند. اکتوکوپترها نیز در آسمان بسیار پایدار هستند و می‌توانند فیلم‌هایی با تصاویر با کیفیت بالا و لرزش بسیار کم ضبط کنند.

وقتی صحبت از هواپیماهای بدون سرنشین است، اکتوکوپترها به دلیل عملکرد بالا و ارزش بسیار زیاد، بهترین قسمت محصول محسوب می‌شوند. این ماشین‌ها برای مأموریت‌های بسیار تخصصی که ممکن است آن‌ها را در مسیر باران یا بادهای شدید قرار دهد، استفاده می‌شوند.

اکتوکوپتر
تصویر 13: اکتوکوپتر

قدرت این دستگاه به آن‌ها اجازه می‌دهد که شرایط سخت آب و هوایی را بدون اینکه از مسیر خارج شود، مدیریت کند. در این مدل اگر دو یا حتی سه پروانه آسیب ببینند پهپاد همچنان پرواز می‌کند.

کاربران هواپیماهای بدون سرنشین یا پهپاد که باید دوربین‌های گران قیمت یا بارهای حساس را به هواپیماهای بدون سرنشین خود متصل کنند، در صورت امکان اکتوکوپتر را انتخاب می‌کنند زیرا بهترین شانس را برای ایمن نگه داشتن محموله و انجام به موقع ماموریت ارائه می‌دهد.

فیلم‌ها و برنامه‌های تلویزیونی که به عکس‌ها و تصاویری با ارتفاع زیاد از دوربین‌های گران قیمت احتیاج دارند، اغلب از اکتوکوپتر برای تامین نیازهای خود استفاده می‌کنند.

از آنجا که این دستگاه بسیار بزرگ است، می‌تواند به عنوان یک جسم بسیار بزرگ و حجیم برای نگهداری در خانه باشد. همچنین هنگام حمل و نقل هواپیمای بدون سرنشین در اتومبیل یا کامیون باید اطمینان و دقت بیشتری صرف شود تا از آسیب ندیدن آن اطمینان حاصل شود.

از آنجا که انرژی و برق زیادی توسط اکتوکوپترها مصرف می‌شود، این هواپیما نمی‌تواند برای مدت زیادی بدون شارژ مجدد و فرود برای شارژ دوباره، در هوا بماند. اگر به فکر استفاده از اکتوکوپتر هستید بهتر است در صورت تمام شدن شارژ هواپیمای بدون سرنشین، باتری‌های اضافی را به راحتی در دسترس داشته باشید.

همانطور که مشاهده کردید و بیان شد، هر یک از این مدل‌های هواپیماهای بدون سرنشین مزایای متفاوتی دارند و از طرف دیگر دارای اشکالات خاصی هستند. در حالی که کوادکوپتر ارزان و دارای ابعاد کوچک است، اما برای سرگرمی و حمل وسایل کوچک بسیار مناسب است، ولی برای کار با محموله‌های سنگین از قدرت کافی برخوردار نیست.

از طرف دیگر هگزاکوپتر ثبات و تعادل بیشتری دارد و حتی زمانی که موتور خود را از دست می‌دهد نیز می‌تواند کار کند. همچنین این ماشین می‌تواند بالاتر از کوادکوپتر پرواز کند و می‌تواند محموله‌های سنگین‌تری را حمل کند.

سرانجام اکتوکوپتر قدرتمندترین هواپیمای بدون سرنشین در بین این سه هواپیما است که می‌تواند در حین حمل محموله‌های سنگین تا ارتفاع زیادی پرواز کند. اما این مدل پرهزینه‌ترین نوع هواپیمای بدون سرنشین از لحاظ خرید است و باید به طور مداوم شارژ شود.

اکنون که از مزایا و معایب هر نوع هواپیمای بدون سرنشین آگاه هستید می‌توانید تصمیم بگیرید که کدام یک از آن‌ها به بهترین شکل نیاز شما را برآورده می‌کند و می‌تواند نوع خدمات مورد نظر شما را در محدوده قیمتی خود ارائه دهد.

کاربردهای کوادروتور چیست؟

پژوهشگران و محققین همواره در حال ایجاد پیشرفت در ساختار کوادروتورها هستند تا بتوانند توانایی‌ها و کاربردهای آن‌ها را بهبود ببخشند. حال در ادامه می‌توانید برخی از کاربردهای کوادروتورها بشناسید و با آن‌ها آشنا شوید.

کاربرد کوادروتور در پژوهش

محققان و پژوهشگران دانشگاه‌ها که در زمینه‌های مختلف کار و فعالیت می‌کنند از کوادکوپتر به عنوان یک ابزار تحقیقاتی استفاده می‌کنند. آن‌ها با این وسیله اطلاعات مورد نیاز برای کار در رباتیک، کنترل پرواز و سیستم‌های زمان واقعی را جمع آوری می‌کنند.

کوادکوپترها به دلیل ارزان بودن و کوچک بودنشان پلتفرم‌های آزمایشی مناسبی را ایجاد می‌کنند. هر کسی می‌تواند این ماشین‌ها را پرواز دهد و این موضوع سبب شده است تا این ماشین‌ها ابزار مناسبی برای محققان باشند.

کاربرد کوادروتور
تصویر 14: کاربرد کواروتور در تحقیقات و جمع آوری داده

جدا از این، این دستگاه‌های کوچک و بادوام می‌توانند در محیط‌های سخت سالم بمانند. آن‌ها می‌توانند از طرف محققان به مکان‌های خطرناک بروند و این موضوع کمک می‌کند تا بسیاری از مشکلات را با هزینه و تدارکات مناسب حل کنید.

کاربرد کوادروتور در مسائل نظامی و ارتباطی

دانشمندان نظامی در کشورهای مختلف کوادکوپترها را برای اهداف جنگی و شناسایی مناطق مختلف مورد استفاده قرار می‌دهند و هنوز نیز در این بخش کوادروتورها مورد استفاده هستند.

سازمان‌های اجرای قانون نیز از کوادروتورها در عملیات جستجو و نجات استفاده می‌کنند. این وسایل نقلیه هوایی کوچک، مناطق غیرقابل دسترس را برای بازماندگان از فاجعه‌های مختلف جستجو و بررسی می‌کنند. آژانس‌های اطلاعاتی از این ماشین‌ها برای کشف فعالیت‌های مجرمانه استفاده می‌کنند.

یکی از این پهپادها به نام «اریون اسکوت» (Aeryon Scout) است که توسط شرکت کانادایی «اریون لبز» (Aeryon Labs) ساخته شده است. این پرنده به کشف حلقه‌های قاچاق مواد مخدر در آمریکای مرکزی کمک کرده و می‌کند.

کاربرد کوادروتور در موارد تجاری و عکاسی هوایی

خلبانان و علاقه‌مندان آماتور کوادکوپتر را دوست دارند زیرا حرکات هوایی خیره کننده این پرنده‌ها موجب مباحث طولانی و عکس‌های زیبایی در بین این آماتورها می‌شود.

این روزها بسیاری از این کوادروتورها برای ضبط تصاویر و فیلم‌های هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. فناوری ژیروسکوپ سه محوره بسیاری از جدیدترین کوادکوپترها باعث تعادل و تثبیت آن‌ها شده و به آن‌ها امکان می‌دهد تا تصاویری بدون جلوه لرزش را ثبت کنند.

خلبانان خبره دوربین‌های «گو پرو» (Go Pro) را بهترین دوربین برای استفاده با کوادروتور می‌دانند. خلبانان کوادکوپترهای بلید، والکرا و دی جی اینویشنز می‌توانند از دوربین‌های گو پرو، کانال گو پرو و برنامه گو پرو در تلفن‌های هوشمند استفاده کنند. آن‌ها می‌توانند به راحتی این دوربین‌ها را برای فیلمبرداری به کوادکوپترهای خود وصل کنند. دو کوادروتور فانتوم ویژن 2 و فانتوم ویژن 2 پلاس شرکت دی جی اینویشنز یا DJI از قابلیت فیلمبرداری فوق العاده‌ای برخوردار هستند.

گیمبال‌های سه محوره این کوادروتورها به آن‌ها امکان می‌دهد تا فیلم‌های روان و صاف ثبت کنند. خلبانان می‌توانند با بارگذاری کوادکوپتر با دوربین‌های گو پرو تصاویر خیره کننده‌تری ثبت کنند.

عکاسی با کوادروتور
تصویر 15: عکسبرداری با کوادروتور

کوادروتور مدل 350 QX شرکت بلید نیز با دوربین گو پرو به خوبی کار می‌کند. این کوادکوپتر کوچک، برخلاف بقیه کوادکوپترهایی با این توانایی حالت چابکی و سرعت برای پروازهای پیشرفته را دارد. این دستگاه چابک با دوربین‌های گو پرو مانند گو پرو هیرو 3 به خوبی کار می‌کند و می‌تواند از زوایای بسیاری ضبط تصویر کند.

والکرا شرکت دیگری است که کواد کوپترهایی را تولید می‌کند که همزمان با دوربین‌های گو پرو کار می‌کنند. مدل‌های Scout X4 و X800 والکرا در حال حاضر دوربین‌های بسیار خوبی دارند، اما آن‌ها می‌توانند گو پرو هیرو 3 را نیز برای ثبت تصاویر عالی هوایی حمل کنند.

کاربرد کوادروتور در بازی‌های واقعیت افزوده یا واقعیت مجازی

خلبانان جدا از اینکه می‌توانند از این پرنده‌ها با دوربین استفاده کنند، می‌توانند با کوادکوپترهای خود بازی‌های واقعیت افزوده یا واقعیت مجازی را نیز انجام دهند. واقعیت افزوده با چند پیشرفت هیجان انگیز به آن‌ها چشم اندازی از دنیای واقعی می‌بخشد. شبیه سازی در دنیای واقعی، بازی‌ها را برای کودکان بزرگتر و نوجوانان فریبنده می‌کند.

«عملیات هلیکوپتر» (Mission Helicopter) یکی از این بازی‎‌ها است. در این بازی خلبانان بدون اینکه کوادکوپترهای خود را منفجر کنند یا به آن‌ها آسیب برسانند باید وسایل را از مسیرهای باریک و از موانع عبور دهند. این بازی برای بازیکنان جوان بسیار ایده آل است، گرافیک‌ها در این بازی چشم نواز هستند و کنترل کوادروتور بسیار هیجان انگیز است.

«بازی هلی‌کوپتر» (Helicopter Game) یکی دیگر از بازی‌های واقعیت مجازی است که به همان روش بازی قبلی کار می‌کند. خلبانان باید اشیا را از میان مسیرهای باریک و موانع حرکت دهند بدون اینکه کوادکوپترهای خود را منفجر کنند یا به آن آسیب برسانند. این بازی نیاز به کنترل‌های غیرقابل پیش بینی بیشتری دارد. در این بازی نوجوانان و بزرگسالان جابجایی اشیاء بدون آسیب رساندن به کوادکوپترهای خود را یک چالش می‌دانند.

شاید بد نباشد اگر قصد خرید یک کوادروتور را دارید قبل از خرید آ‌ن و برای یادگیری نوع کنترل کردن کوادروتور کمی این بازی‌ها را امتحان کنید و سطح مهارت و تسلط خود را افزایش دهید.

راهنمای خرید کوادروتور

برای خرید یک کوادروتور عالی باید با دقت نگاه کنید تا بتوانید یک مدل عالی و مناسب برای استفاده خود پیدا کنید. در زیر چند نکته ذکر شده است که می‌توانید هنگام خرید هواپیمای بدون سرنشین کوادکوپتر خود استفاده کنید. این نکات در مورد یک کوادروتور که قصد خرید آن را دارید نسبی است اما دانستن آن‌ها برای کسی که قصد خرید یک کوادروتور را دارد مفید است. این نکات را در ادامه معرفی می‌کنیم.

کوادروتور چقدر سنگین است؟

به پرواز درآوردن یک هواپیمای بدون سرنشین (بدون در نظر گرفتن تعداد روتور) برای شما آسان خواهد بود اگر وزن پرنده زیاد نباشد. وقتی در یک پرنده از باتری به جای گاز یا هر نوع سوخت دیگر استفاده می‌کنید وزن آن به وضوح سبک می شود. سبک‌ترین هواپیمای بدون سرنشین اغلب به راحتی در هوا به پرواز درمی‌آیند.

مدل GW007 که در ادامه آن را معرفی می‌کنیم حدود 0/198 گرم وزن دارد و بنابراین بدون نیاز به استفاده از نیروی زیاد می‌تواند به سرعت در هوا بالا رود.

چگونه می‌توانید آن را روی زمین بنشانید؟

ویژگی‌های لندینگ یا فرود که در دستگاه شما گنجانده شده است می‌تواند براساس علاقه شما متفاوت باشد. ممکن است هواپیماهای بدون سرنشینی را پیدا کنید که چند میله را در قسمت‌های میانی خود قرار داده باشند. از این میله‌ها برای جلوگیری از برخورد مستقیم هواپیمای بدون سرنشین با زمین و معمولاً با طول چند سانتی متر استفاده می‌شود.

خرید کوادروتور
تصویر 16: نحوه فرود از نکات مهم در خرید کوادروتور است.

این میله‌ها سبب می‌شوند همان طور که شما هواپیما را به سمت زمین هدایت می‌کنید به آرامی بر روی زمین قرار گیرند. مدل‌های GPToys و GW007 که در ادامه معرفی می‌شوند، هر دو دارای چنین میله‌هایی هستند و طول آن‌ها خیلی بلند نیست، بنابراین با استفاده صحیح از آن‌ها فرود برای هواپیمای بدون سرنشین سخت نخواهد بود. همچنین این میله‌ها می‌تواند برای زمانی که می‌خواهید هواپیمای بدون سرنشین را بلند کنید نیز مفید باشد.

برخی از مدل‌ها ممکن است دارای چرخ‌هایی در قسمت‌های پایین خود باشند. مدل Velocity Toys که در ادامه معرفی می‌شود مثال خوبی از این مدل است. این چرخ‌های کوچک، ظاهری شبیه به جت به این مدل‌ها می‌دهد و به شما امکان می‌دهد که به راحتی هواپیمای بدون سرنشین را فرود آورید در حالی که کمی حرکت را بعد از فرود یا قبل از پرواز برای آن‌ها امکان پذیر می‌کند. با این حال هنگام فرود این مدل مانند هر مدل دیگری هنوز باید محتاط باشید تا پرنده در معرض خطر آسیب‌های احتمالی قرار نگیرد.

بدون سر بودن: ویژگی بدون سر بودن کوادروتور چیست؟

ویژگی بدون سر بودن پرنده می‌تواند کنترل پهپاد را برای شما آسان کند. یک پهپاد بدون سر بدون داشتن ویژگی هدایت رو به جلو یا عقب طراحی شده است، به این معنی که می‌توانید بدون نیاز به استفاده از الگوهای تعیین شده برای پرواز، پهپاد را در جهات مختلف حرکت دهید، یعنی پهپاد لازم نیست مانند یک هواپیمای برقی سنتی کار کند.

به طور طبیعی شما ممکن است مجبور باشید که نحوه حرکت پهپاد را بر اساس دستورالعمل‌های خاصی که آموزش دیده‌اید انجام دهید اما خوشبختانه در این مدل شما می‌توانید بدون نیاز به چرخاندن بیش از حد هواپیمای بدون سرنشین، آن را به جلو یا عقب ببرید. ویژگی پهپاد بدون سر بدون توجه به شکل پهپاد به خوبی کار خواهد کرد. حتی مدل Velocity Toys که در ادامه معرفی می‌کنیم را نیز می‌توان با الگوهای بدون سر هدایت و کنترل کرد.

چراغ‌ها چگونه هستند؟

شاید بخواهید از نزدیک به چراغ‌های همراه با هواپیمای بدون سرنشین خود نگاهی بیندازید. چراغ‌های LED هنگام پرواز در شب بسیار مهم هستند.

لامپ در کوادروتور
تصویر 17: لامپ‌ها نیز نکته‌ای مهم در خرید کوادروتور است.

حتی ممکن است در بعضی از مدل‌ها چراغ های LED وجود داشته باشد که وقتی پهپاد در جهت خاصی حرکت می‌کند، چشمک بزنند. شما باید کوادروتور با چراغی را انتخاب کنید که در هر شرایطی به راحتی دیده شود، زیرا گاهی اوقات دیده نشدن چراغ‌ها در برخی شرایط آب و هوایی نیز می‌تواند مشکلاتی را ایجاد کند.

موتور جاروبک و بدون جاروبک

ممکن است در هواپیمای بدون سرنشین خود با هر دو موتور «جاروبک» (brushed) و «بدون جاروبک» (brushless) مواجه شوید، به همین دلیل است که باید تفاوت این دو را درک کنید. موتور جاروبک گزینه قدیمی است که از یک سری هسته سیم پیچ دار استفاده می‌کند که به عنوان آهنربا الکتریکی عمل می‌کند. جریان الکتریکی با استفاده از سوئیچ چرخشی دو بار در یک چرخه معکوس می‌شود. کنترل آن آسان است و می‌تواند بدون نیاز به وسایل الکترونیکی خارجی کار کند اما در عین حال به تعمیر و نگهداری زیادی نیاز دارد و ممکن است گرم شود.

در همین حال یک موتور بدون جاروبک از یک روتور خارجی با آهنربا و سه سیم پیچ محرک ساخته شده است. یک کنترل کننده الکترونیکی نحوه کار روتورها را برای کنترل سرعت‌هایی که با آن کار می‌کنند تنظیم می‌کند. این امر باعث می‌شود تا این بخش بتواند با سرعت حرکت کند و سرعت آن با یک کلید تنظیم می‌شود. این موتور با دامنه سرعت بهتری کار می‌کند و به تعمیر و نگهداری کمتری نیاز دارد. با این حال تهیه موتور بدون جاروبک گران است.

خرید کوادروتور
تصویر 18: موتور نیز در خرید کوادروتور مهم است.

بنابراین و به طور خلاصه یک موتور بدون جاروبک باعث می‌شود تا هواپیمای بدون سرنشین شما به سرعت کار کند، اما در عین حال کنترل پهپادی با موتور جاروبک دقیق‌تر است.

بهترین کوادروتور

در ادامه چند کوادروتور پرفروش و ویژگی‌های آن‌ها را معرفی می‌کنیم. اگر قصد خرید یک کوادروتور را دارید امکان دارد این اطلاعات برای شما سودمند باشد.

کوادروتور مدل TRAXXAS 6608 LATRAX ALIAS

مدل Traxxas 6608 LaTrax Alias ​​دارای سیستم رادیویی 2/4 گیگاهرتز است و بدنه خارجی آن با چراغ‌های LED احاطه شده است تا در شب بیشتر دیده شود. این مدل با مقیاس 1/32 طراحی شده و یک مدل آماده پرواز یا RTF است. این کوادروتور از یک موتور بی سیم جاروبک و یک سیستم خودکار شش محوره استفاده می‌کند تا پهپاد را در هوا و حتی هنگام پرواز نگه دارد.

ویژگی رانش کوادروتور این امکان را برای هر چهار چرخنده فراهم می‌کند که به طور همزمان مقدار یکسانی انرژی را دریافت کنند. برای حرکت به اطراف بر اساس جهتی که می‌خواهید کوادروتور حرکت کند، می‌توانید نیرو را از یک روتور به روتوری که در همسایگی آن قرار دارد منتقل کنید.

6608 Traxxas از یک باتری 650 میلی آمپری Li-Po استفاده می‌کند که با استفاده از درایو USB ارائه شده و می‌توان آن را به راحتی شارژ کرد. باتری را می‌توان به سرعت به وسط هواپیمای بدون سرنشین اضافه کرد اما هر تعویض فقط برای 10 دقیقه پرواز اضافی کافی است. همچنین تقریباً 40 دقیقه طول می‌کشد تا دوباره باتری کاملاً شارژ شود.

فرستنده از سیستمی استفاده می‌کند که وقتی هواپیمای بدون سرنشین از آن دور شود خاموش می‌شود. این سیستم کمک می‌کند تا هواپیمای بدون سرنشین به آرامی بر روی یک سطح فرود آید و دچار هیچ سقوط خطرناکی نشود، زیرا که روتورها انرژی تولید می‌کنند تا به آرامی پایین بیایند.

خرید کوادروتور
تصویر 19: کوادروتور مدل TRAXXAS 6608 LATRAX ALIAS

میله‌های کنترل کننده به همراه فرستنده گنجانده شده‌اند و این‌ها می‌توانند فقط در چند ثانیه جایگزین پدهای کنترل کننده از پیش نصب شده شوند. اگر گزینه‌ای مبتنی بر هدایت با میله‌ها را ترجیح می‌دهید ممکن است کنترل پهپاد برای شما کمی راحت‌تر باشد.

پهپاد مدل VELOCITY TOYS ULTIMATE F2 PREDATOR FIGHTER JET

این کوادروتور خاص، به گونه‌ای طراحی شده است که ظاهری شبیه به جت دارد و چهار روتور در قسمت میانی بدنه قرار گرفته‌اند. این موارد کمک می‌کنند تا کوادروتور در مقابل تهدیدات خارجی محافظت شود در حالی که لبه‌های قسمت‌های خارجی به گونه‌ای طراحی شده‌اند که پهپاد هنگام حرکت و پرواز به یک سمت متمایل نمی‌شود.

بدنه کوادروتور از ماده فوم با چگالی بالا ساخته شده است که حرکات هواپیمای بدون سرنشین را محدود نکرده و آن را سنگین نمی‌کند. وزن کل پهپاد حدود 500 گرم، طول آن حدود 35 سانتی متر، عرض آن 25 و ارتفاع آن 9 سانتی متر است. ارتفاع 9 سانتی متری آن سبب می‌شود تا پهپاد به راحتی تحت تأثیر وزش باد قرار نگیرد.

خرید کوادروتور
تصویر 20: پهپاد مدل VELOCITY TOYS ULTIMATE F2 PREDATOR FIGHTER JET

هدایت‌کننده‌های رادیویی چهار کاناله موجب حرکات دقیق و منظم به چپ و راست می‌شوند. این هدایت‌کننده‌ها بسیار دقیق و ظریف ساخته شده‌اند و با حالت‌های سرعت کم و زیاد نیز کار می‌کنند. بسته به نحوه پرواز با جت می‌توانید سوئیچ را بچرخانید تا پهپاد بین دو حالت قرار گیرد.

این پهپاد حتی از چند قسمت چرخ دنده برای فرود در قسمت پایین خود استفاده می‌کند. این موارد شامل چند ماده چرخ مانند است که به شما امکان می‌دهد کوادروتور را به روشی مشابه یک هواپیمای قدیمی فرود بیاورید. این چرخ‌ها نسبتاً کوچک هستند و بنابراین شما باید دقیقاً مانند نحوه نشستن یک جت واقعی با آن آرام و با دقت برخورد کنید.

کوادروتور مدل GPTOYS F2C AVIAX 

گزینه بعدی برای یک هواپیمای بدون سرنشین از نظر داشتن یک دوربین HD ساخته شده در داخل آن کمی متفاوت است. این دوربین برای گرفتن عکس و فیلم استفاده می‌شود و حتی با کارت حافظه 4 گیگابایتی نیز کار می‌کند. کنترل کننده رادیویی به شما امکان می‌دهد تا دوربین را با روشن کردن یا عکس گرفتن در زمان‌های مختلفی که نیاز است، تنظیم کنید.

همچنین همیشه می‌توانید در صورت پر شدن کارت حافظه آن را بردارید و کارت حافظه جدید به اندازه 4 گیگابایت را جایگزین کنید. به علاوه فیلم‌ها و عکس‌های ضبط شده را می‌توان تقریباً در هر رایانه یا دستگاه قابل حمل پخش کرد.

خرید کوادروتور
تصویر 21: کوادروتور مدل GPTOYS F2C AVIAX

مدل GPToys F2c از یک کنترل از راه دور 2/4 گیگاهرتز استفاده می‌کند و می توان هر بار تا 100 متر کوادروتور را کنترل کرد. حالت بدون سر این کوادروتور به شما امکان می‌دهد بدون هیچ گونه نگرانی در مورد جهت اصلی که می‌خواهید هواپیمای بدون سرنشین را در آن پرواز دهید، کوادروتور را کنترل کنید.

چراغ‌های LED سبز و قرمز موجود در این پهپاد به شما این امکان را می‌دهد که ببینید هواپیمای بدون سرنشین شما در حالی که در هوا است به چه جهتی می‌رود. این ویژگی برای زمانی که شبانه با هواپیمای بدون سرنشین پرواز می‌کنید، امری مهم و ضروری است.

این دستگاه از باتری 3/7 ولت و 650 میلی آمپری Li-Po استفاده می‌کند و با شارژ کامل می‌تواند حدود 8 دقیقه پرواز کند. شارژ مجدد باتری نیز حدود 60 دقیقه طول می‌کشد. یک شارژر USB که به همراه آن است می‌تواند به هر پورتی که دوست دارید متصل شود تا باتری به درستی شارژ شود.

کوادروتور مدل GW007 GW007-1 

این هواپیمای بدون سرنشین یک کوادروتور است که از دوربین 2 مگاپیکسلی استفاده می‌کند و برای ضبط تصاویر و فیلم‌ها با کارت SD کار می‌کند. کنترل کننده و هدایت گر این کوادروتور به شما امکان می‌دهد تا در صورت لزوم دوربین را روشن یا خاموش کنید. این پهپاد از یک کنترل از را دور 2/4 گیگاهرتزی استفاده می‌کند و همچنین می‌تواند یک کنترل‌کننده شش محوره را اداره کند.

روتورها به خوبی تعادل خود را حفظ می‌کنند و بنابراین نگرانی از بابت متمایل شدن کوادروتور به یک طرف وجود ندارد. مقاومت شدید در برابر باد در این مدل به شما این اطمینان را می‌دهد که در هر جایی از آسمان که باشید به خوبی می‌توانید این کوادروتور را کنترل کنید.

خرید کوادروتور
تصویر 22: کوادروتور مدل GW007 GW007-1

مدل GW007 GW007-1 از یک باتری لیتیوم یونی استفاده می‌کند که دوام آن خوب است و به مرور زمان در معرض فرسودگی یا از دست دادن ظرفیت خود قرار نمی‌گیرد. قبل از اینکه این باتری مجدداً شارژ شود، هر بار حدود 8 دقیقه پرواز می‌کند. در کنار همه این ویژگی‌ها، وزن این هواپیمای بدون سرنشین حدود 200 گرم است و این جرم کوچک به شما این اطمینان را می‌دهد که شما چیزی خواهید داشت که در هوا پرواز می‌کند بدون اینکه در اثر فشار زیاد سقوط کند یا کنترل آن سخت شود.

این پهپاد همچنین دارای یک سری میله‌های فرود در نزدیکی انتهای بدنه خود است. این میله‌های فرود کمک می‌کنند تا بتوانید هواپیمای بدون سرنشین را به آرامی روی زمین بنشانید، هر چند باید باز هم مراقب باشید که در هنگام فرود ضربه‌های سهمگین به آن وارد نشود.

کوادروتور مدل MJX X701

آخرین مدل هواپیمای بدون سرنشین با چهار روتور که در این مطلب معرفی می‌شود مدلی از MJX است. این مدل از یکی از دو مکانیسم کنترل مختلف استفاده می‌کند:

  • می‌توانید از یک حالت کنترل استاندارد RC استفاده کنید که به شما امکان می‌دهد آن را به روش قدیمی و سنتی هدایت کنید و با آن کار کنید.
  • همچنین می‌توانید از ویژگی حالت کنترل گرانشی استفاده کنید که بیشتر به چگونگی شیب پهپاد هنگام حرکت بستگی دارد.

صرف نظر از اینکه از کدام روش کنترلی استفاده می‌کنید، یک هواپیمای بدون سرنشین و بدون سر خواهید داشت. بنابراین بدون توجه به نحوه قرارگیری پرنده، نگران تنظیم مسیر جهت آن نخواهید بود. همچنین این هواپیمای بدون سرنشین مجهز به چراغ‌های چشمک زن LED است که می‌توانند در شب روشن شوند و در تاریکی جلوه زیبایی ایجاد کنند.

خرید کوادروتور
تصویر 23: کوادروتور مدل MJX X701

در همین حال روتورهای این کوادروتور به صورت جداگانه در انتهای خود محافظ‌هایی دارند که باعث می‌شود تیغه‌های هر روتور خطری برای کاربران نباشد و بنابراین خطر آسیب دیدگی کاهش می‌یابد. MJX X701 می‌تواند با شارژ کامل باتری که 250 میلی آمپر ساعت و 3/7 ولت Li-Po است، حدود شش دقیقه پرواز کند. شارژ شدن باتری همچنین می‌تواند 90 دقیقه طول بکشد.

ابعاد این هواپیمای بدون سرنشین از هر طرف 14 سانتی متر و دارای ارتفاع 3/5 سانتی متر است و بنابراین بدنه یکنواختی ایجاد می‌کند. این کوادروتور همچنین می‌تواند تا 150 متر از کنترل کننده دور شود و برای کار با آن باید 6 باتری AA برای دستگاه کنترل کننده خود تهیه کنید.

کوادکوپتر فانتوم

پایان بخش معرفی کوادروتورهای مختلف معرفی مدل فانتوم است. این کوادکوپتر یک برند چینی است و توسط چین توسعه و ساخته می‌شود. این کوادروتورها تحت عنوان DJI فانتوم نیز شناخته می‌شوند زیرا توسط کمپانی توسعه چینی DJI ساخته می‌شود.

کوادروتور فانتوم
تصویر 24: کوادروتور فانتوم 4 پرو

مدل‌های مختلف مدل فانتوم از فانتوم 1 تا فانتوم 4 وجود دارد که هر یک از مدل‌های 1 تا 4 زیرمجموعه‌ای از مدل‌ها را دارا هستند. در حال حاضر جدیدترین مدل فانتوم‌های رونمایی شده فانتوم 4 پیشرفته یا Advanced و فانتوم 4 پرو هستند که قیمت آن‌ها به ترتیب 1350 و 1450 دلار آمریکا است.

ساخت آسان کوادروتور

در انتهای این مطلب ساخت بسیار آسان یک کوادروتور را معرفی می‌کنیم و فیلم آموزش ساخت آن را در ادامه می‌آوریم. باید بیان کرد که این کوادروتور سیستم کنترل ندارد اما به صورت عمودی به بالا می‌رود و سقوط می‌کند. ساخت کوادروتور با سیستم هدایت کمی پیچیده‌تر است.

با این حال این آموزش برای پروژه‌های دانش آموزی بسیار مناسب است. مواد مورد نیاز برای ساخت این کوادروتور نیست بسیار ساده است و شما به موارد زیر نساز دارید:

  • 4 عدد چوب بستنی
  • 4 موتور جریان مستقیم
  • شارژر لپ تاپ
  • چسب نواری و چسب مایع
  • سیم

با این مواد اولیه و با آموزشی که در ویدیوی زیر می‌بینید به راحتی می‌توانید یک کوادروتور بدون هدایت بسازید.

معرفی فیلم آموزش مدل سازی و کنترل وضعیت فضاپیما با نرم افزار MATLAB

آموزش

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم آموزش مدل سازی و کنترل وضعیت فضاپیما با نرم افزار MATLAB کرده است. این مجموعه آموزشی از پنج درس تشکیل شده و برای دانشجویان رشته مهندسی هوافضا و مکانیک مفید است. پیش‌نیاز این درس آموزش سیستم های کنترل خطی و مجموعه آموزش های برنامه نویسی متلب (MATLAB) است.

درس اول این مجموعه مروری بر مفاهیم و کلیات مدل‌سازی و کنترل فضاپیما با متلب (MATLAB) دارد و درس دوم به دینامیک و سینماتیک وضعیت فضاپیما مانند مومنتوم، انرژی جنبشی دورانی، ماتریس ممان اینرسی، معادلات ممان اویلر و غیره می‌پردازد. در درس سوم روش‌های مانور وضعیت در فضا معرفی و بررسی می‌شود این روش‌ها شامل قانون فرمان کنترل با استفاده از خطاهای زوایای اویلر، قانون فرمان کنترلی با استفاده از ماتریس خطای کسینوس هادی، قانون فرمان کنترلی حول محور دوران اویلر و قانون فرمان کنترلی با استفاده از بردار خطای کواترنیون است. درس چهارم به کنترل با وسایل تبادل مومنتوم اختصاص دارد و مباحثی مانند کنترل توسط وسایل تبادل مومنتوم، مدل وسیله تبادل مومنتوم، مدل ایده آل چرخ عکس العملی و غیره بررسی می‌شود. در نهایت و در درس پنجم شبیه‌سازی مثال‌های کتاب انجام می‌شود که شامل طراحی کنترل مدرن برای کنترل وضعیت فضاپیما و طراحی کنترل LQR برای کنترل وضعیت فضاپیما است.

  • برای دیدن فیلم آموزش مدل سازی و کنترل وضعیت فضاپیما با نرم افزار MATLAB + اینجا کلیک کنید.

جمع بندی

در این مطلب در مورد کوادروتور صحبت کردیم. در ابتدا انواع پهپادهای بدون سرنشین را معرفی کردیم و سپس تاریخچه‌ای از این نوع پرنده‌ها و دلیل ساخت آن‌ها بیان کردیم. مقایسه انواع مولتی روتورها و مشخصات فنی برای خرید یک مولتی روتور از دیگر مواردی بود که در این مطلب بیان شد.

اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

«سارا داستان»، دکتری فیزیک نظری از دانشگاه گیلان دارد. او به فیزیک بسیار علاقه‌مند است و در زمینه‌ متون فیزیک در مجله فرادرس می‌نویسد.

بر اساس رای 2 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

2 نظر در “کوادروتور چیست؟ | بررسی انواع و نحوه ساخت کوادروتور — تصویری و به زبان ساده

    1. سلام، وقت شما بخیر؛

      منبع تمامی مطالب مجله فرادرس در انتهای آن‌ها و پس از بخش معرفی آموزش‌ها و مطالب مرتبط درج شده‌اند.

      از اینکه با مجله فرادرس همراه هستید از شما بسیار سپاسگزاریم.

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *